望謨縣桑郎水庫工程金屬結(jié)構(gòu)布置分析

徐國楊，王 兵

（貴州省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550002）

1 工程概況

望謨縣桑郎水庫是桑郎河梯級(jí)開發(fā)規(guī)劃中的第四級(jí)，位于貴州省望謨縣東部桑郎鎮(zhèn)境內(nèi)，壩址以上集雨面積650 km2，多年平均流量10.7 m3/s，水庫正常蓄水位505 m，總庫容1480 萬m3，最大壩高90 m，壩型為碾壓砼拱壩，水庫為中型，工程等別為Ⅲ等，樞紐大壩等主要建筑物為3 級(jí)，次要建筑物為4 級(jí)。

桑郎水庫工程是集發(fā)電、灌溉、供水為一體的綜合利用工程，灌溉面積19000 畝，電站裝機(jī)容量12600 kW，水廠供水水源2 萬t/d。

2 泄水系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)

泄水系統(tǒng)水工金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備主要設(shè)置在溢流表孔、沖沙兼放空底孔進(jìn)、出口處，由溢洪道工作閘門，沖沙兼放空底孔進(jìn)口事故閘門、出口工作閘門組成。

2.1 溢洪道工作閘門

壩頂表孔溢流，溢流段布置在壩頂中部靠右，設(shè)置3 孔，每孔設(shè)置1 扇弧形工作閘門，閘門布置見圖1。

3 孔溢洪道共設(shè)置有3 扇弧形工作閘門，孔口尺寸為8.0 m×5.7 m(寬×高)，閘門型式為露頂式弧形鋼閘門[1]，堰頂高程為500.00 m，底檻高程設(shè)置為499.70 m，考慮0.4 m 的風(fēng)浪超高，工作閘門的實(shí)際孔口尺寸為8.0 m×5.7 m(寬×高)，設(shè)計(jì)水頭為5.3 m。閘門面板外緣弧面半徑為8 m，支鉸高度為5 m[2]。

閘門采用液壓啟閉機(jī)操作，配置3 臺(tái)型號(hào)為QHLY2×250 kN-3.0 m/3.1 m 的露頂式弧門液壓啟閉機(jī)，共用1 個(gè)液壓動(dòng)力站，設(shè)置3 套控制閥組分別控制3 孔閘門，其工作行程為3.0 m，吊點(diǎn)距為7.4 m。本閘門設(shè)置有閘門開度儀，用于自動(dòng)控制或監(jiān)測工作閘門的開度及運(yùn)行，確保閘門的安全運(yùn)行與操作。溢洪道工作閘門的啟閉機(jī)設(shè)置1 套備用電源（柴油發(fā)電機(jī)組）[2]，確保大壩運(yùn)行安全。

閘門運(yùn)行方式為動(dòng)水啟閉，平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，僅在水庫需要泄水時(shí)才開啟。閘門不允許門頂過水，若閘門需局部開啟時(shí)，應(yīng)避免閘門在振動(dòng)區(qū)域長時(shí)間停留，保證閘門的運(yùn)行安全。

圖1 溢洪道弧形工作閘門布置圖

2.2 沖沙兼放空底孔進(jìn)口事故閘門

沖沙底孔布置在大壩左端非溢流壩段，在進(jìn)口處設(shè)置1扇事故閘門，孔口尺寸為2.0 m×2.5 m（寬×高），設(shè)計(jì)水頭為31 m，底檻高程為475.00 m，因上游淤沙高程為480.00 m，考慮水庫運(yùn)行多年以后的淤沙情況，故事故閘門采用上游面板、上游止水的型式，利用門體自重及加重塊加重閉門。閘門型式為潛孔式平面定輪鋼閘門[1]，行走支承采用懸臂輪行走裝置，側(cè)支承采用懸臂式側(cè)輪。

閘門采用卷揚(yáng)式啟閉機(jī)操作，配置1 套型號(hào)為QPG630 kN-37 m 的高揚(yáng)程卷揚(yáng)式啟閉機(jī)，單吊點(diǎn)啟吊，啟閉機(jī)安裝在512.80 m 高程的啟閉機(jī)室內(nèi)。

事故閘門的運(yùn)行方式為動(dòng)閉靜啟，進(jìn)口事故閘門和出口弧形工作閘門的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行方式為：當(dāng)上游淤沙高程低于底檻高程時(shí)，事故閘門鎖定于檢修平臺(tái)上，工作閘門處于關(guān)閉擋水狀態(tài)；當(dāng)上游淤沙高程超過底檻高程時(shí)，事故閘門下閘擋水擋沙，避免泥沙進(jìn)入底孔或事故閘門門槽內(nèi)，此時(shí)工作閘門可處于開啟狀態(tài)；當(dāng)需要沖沙放空時(shí)，先關(guān)閉弧形工作閘門，事故閘門小開度提門充水平壓后靜水開啟事故閘門，再開啟工作閘門進(jìn)行沖沙放空。

本閘門設(shè)置有水位差儀、閘門開度顯示及控制儀各1 套，用于監(jiān)測閘門前后的水位差，確保閘門的運(yùn)行安全。

2.3 沖沙兼放空底孔出口工作閘門

在出口處設(shè)置1 扇工作閘門，孔口尺寸為2.0 m×2.0 m（寬×高），設(shè)計(jì)水頭為31 m，底檻高程為475 m，上游淤沙高度5 m。工作閘門型式采用水流流態(tài)優(yōu)良的潛孔式弧形鋼閘門[1]，圓柱鉸支承，閘門支鉸高度為3.0 m，面板弧面半徑為4.0 m[2]。閘門的運(yùn)行方式為動(dòng)水啟閉。

閘門采用液壓啟閉機(jī)操作，配置1 套規(guī)格為QHSY500 kN/200 kN-3.4 m/3.6 m 的潛孔弧門液壓式啟閉機(jī)，工作行程為3.4 m，單吊點(diǎn)啟吊，啟閉機(jī)安裝在483.50 m 高程的啟閉機(jī)室內(nèi)。本閘門設(shè)置有閘門開度儀(開度指示控制器)，用于自動(dòng)控制或監(jiān)測該閘門的開度及閘門的運(yùn)行。工作閘門的啟閉機(jī)設(shè)置1 套備用動(dòng)力（柴油發(fā)電機(jī)組）[2]，確保大壩運(yùn)行安全。

3 引水系統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)

在壩體上游左岸岸坡處設(shè)置取水口，緊靠沖沙底孔以充分利用其沖沙效果。為能充分利用C1d 組巖體的較好成洞條件的有利地質(zhì)因素，同時(shí)又避免岸坡大開挖，節(jié)省高邊坡治理及基礎(chǔ)處理工程量，提高建筑物的安全性。采用洞口布置攔污柵、洞內(nèi)布置取水塔[3]的方案，事故閘門檢修平臺(tái)與取水口交通洞連接，整個(gè)啟閉機(jī)室均處于交通洞內(nèi)。引水系統(tǒng)水工金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備主要布置在取水口，取水口進(jìn)口設(shè)置1 扇攔污柵和1 扇事故閘門，其布置見圖2。

3.1 取水口進(jìn)口攔污柵

在取水口進(jìn)口處設(shè)置1 扇攔污柵，孔口尺寸為7.0 m×5.4 m（寬×高），設(shè)計(jì)水位差為4 m，攔污柵的型式為潛孔平面直立活動(dòng)式攔污柵[4]，運(yùn)行方式為靜水啟閉，清污方式采取提柵人工清污。攔污柵分2 節(jié)制造安裝，每節(jié)柵體由柵條與支承框架組成，柵條與支承框架的連接采用焊接，行走支承及反向支承采用鋼滑塊。

閘門采用電動(dòng)葫蘆操作，采用1 套型號(hào)為CD2×100 kN-9 m的電動(dòng)葫蘆[4]，吊點(diǎn)距為3.72 m，電動(dòng)葫蘆安裝在517.30 m 高程的門式排架下，攔污柵與電動(dòng)葫蘆接過拉桿連接。

攔污柵有設(shè)置1 套水位差檢測裝置，以監(jiān)測攔污柵攔截污物情況，避免攔污柵前后水位差超過設(shè)計(jì)值，確保攔污柵的運(yùn)行安全。

圖2 取水口進(jìn)口攔污柵、事故閘門布置圖

3.2 取水口進(jìn)口事故閘門

在取水口進(jìn)口設(shè)置1 扇事故閘門，底檻高程為484.00 m，孔口尺寸為3.1 m×3.1 m（寬×高），設(shè)計(jì)水頭為22 m。閘門型式為潛孔式平面定輪鋼閘門[1]，行走支承采用懸臂輪行走裝置，側(cè)支承采用懸臂式側(cè)輪裝置，止水裝置設(shè)置在閘門的下游面。閘門的運(yùn)行方式為動(dòng)閉靜啟，利用門體自重及水柱壓力閉門[5]，采用門頂充水閥進(jìn)行充水平壓。

閘門采用卷揚(yáng)式啟閉機(jī)操作，采用1 套型號(hào)為QPG630 kN-25 m 的高揚(yáng)程卷揚(yáng)式啟閉機(jī)操作，單吊點(diǎn)啟吊，啟閉機(jī)安裝在515.00 m 高程的啟閉機(jī)室內(nèi)。

事故閘門井筒及啟閉機(jī)室均在交通洞內(nèi)，洞內(nèi)濕度大、環(huán)境潮濕，閘門及啟閉機(jī)易受腐蝕，考慮設(shè)備在運(yùn)行過程中的安全性，本閘門及啟閉機(jī)防腐[1]需考慮防腐、防潮的設(shè)計(jì)，特采用冷噴鋅加涂漆防腐的方式防腐，相比熱噴鋅加涂漆防腐方式的使用壽命更長，保證了閘門及啟閉設(shè)備在洞室內(nèi)運(yùn)行的防腐蝕質(zhì)量。

4 結(jié)語

金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的合理布置及設(shè)計(jì)對整個(gè)工程的安全運(yùn)行和檢修有著極其重要的意義。桑郎水庫金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)合工程布置，合理設(shè)計(jì)了攔污柵、閘門的型式，并根據(jù)攔污柵及閘門的運(yùn)行工況，合理選定了啟閉設(shè)備，確保了各部位閘門在工程運(yùn)行中的可靠性與安全性；其中的洞室引水系統(tǒng)設(shè)計(jì)值得同類工程借鑒與參考。

本工程2018 年2 月下閘運(yùn)行至今，經(jīng)歷了2 年的洪水考驗(yàn)，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)意圖，結(jié)合現(xiàn)場情況，洞室內(nèi)布置閘門及啟閉設(shè)備，采用的特殊防腐方式取得了較為理想的效果，滿足工程的整體運(yùn)行要求。